Moteur à induction monophasé à haut rendement énergétique

Qu'est-ce qu'un moteur à induction triphasé ?

Le moteur à induction triphasé est un moteur électrique efficace, fiable et durable largement utilisé dans le domaine industriel. Ce moteur génère un champ magnétique rotatif via un courant alternatif triphasé, qui entraîne le rotor à tourner et convertit l'énergie électrique en énergie mécanique. Ses principales caractéristiques comprennent un couple de démarrage élevé, de faibles besoins de maintenance et une longue durée de vie, adaptés à diverses applications industrielles telles que les pompes, les ventilateurs, les compresseurs et les systèmes de convoyage. Le moteur à induction triphasé a une structure simple et se compose généralement d'un stator, d'un rotor et d'un boîtier. Il peut fonctionner de manière stable dans des environnements difficiles et réduire les pannes et les temps d'arrêt des équipements. Son rendement élevé le rend également excellent en matière de conservation de l'énergie et de réduction des émissions, et c'est un produit indispensable et important dans les équipements industriels modernes.

Construction d'un moteur à induction triphasé

Le moteur à induction triphasé est largement utilisé dans les applications industrielles en raison de sa structure simple et solide. Il se compose principalement de deux parties : le stator et le rotor.

1. Stator
Le stator est la partie fixe du moteur et comprend principalement les trois parties suivantes :
Cadre du stator : il s'agit de la structure externe du moteur, qui fournit un support et une protection au noyau et à l'enroulement du stator. La surface extérieure du cadre est généralement dotée de dissipateurs thermiques pour aider à dissiper la chaleur et à refroidir. Selon la taille et l'utilisation du moteur, le cadre du stator peut être fabriqué à partir de matériaux tels que l'acier moulé, l'acier usiné, l'aluminium/alliage d'aluminium ou l'acier inoxydable.
Noyau du stator : il est composé de tôles d'acier au silicium empilées et est utilisé pour conduire le flux magnétique et améliorer l'efficacité du moteur.
Enroulement du stator : Il est intégré dans les fentes du noyau du stator et génère un champ magnétique rotatif via un courant alternatif triphasé pour entraîner la rotation du rotor.
2. Rotor
Le rotor est la partie rotative du moteur, qui est installée à l'intérieur du stator et supportée par des roulements pour assurer une rotation en douceur. La structure du rotor est généralement divisée en deux types : le rotor à cage et le rotor bobiné.
Rotor à cage : Il est constitué de barres conductrices et d'anneaux de court-circuit aux deux extrémités, ce qui lui donne la forme d'une cage. Sa structure est simple et convient à la plupart des applications industrielles.
Rotor bobiné : l'enroulement est connecté au circuit externe par l'intermédiaire de bagues collectrices et de balais, et la résistance de démarrage peut être réglée. Il est utilisé dans les cas où un couple de démarrage plus élevé est nécessaire.

Le rôle du cadre du stator
Le cadre du stator sert non seulement de support au noyau du stator et à l'enroulement du stator, mais remplit également les fonctions suivantes :
Assure une résistance mécanique pour assurer la stabilité et la durabilité du moteur.
Le dissipateur thermique est conçu pour la dissipation de la chaleur et le refroidissement afin d'éviter la surchauffe du moteur.
La sélection de différents matériaux (tels que l'acier moulé, l'alliage d'aluminium, etc.) peut s'adapter à différents environnements de travail et besoins.

Cette conception structurelle simple et robuste permet au moteur à induction triphasé de bien fonctionner dans les applications industrielles. Il présente les avantages d'un couple de démarrage élevé, de faibles besoins de maintenance et d'une longue durée de vie. C'est une source d'énergie indispensable dans divers équipements mécaniques.
 

Types de moteurs à induction triphasés
Les moteurs triphasés sont principalement classés en deux types en fonction de l'enroulement du rotor (enroulement de la bobine d'induit), à savoir,type de cage d'écureuilettype à bagues collectrices (moteurs à rotor bobiné).
1.Le moteur à induction à cage d'écureuil, nommé pour sa forme de rotor qui ressemble à une cage d'écureuil, est un type de moteur à induction largement utilisé.
La structure du rotor de ce moteur est simple et robuste, et près de 80 % des moteurs à induction sont de ce type. Le rotor est constitué d'un noyau laminé cylindrique avec des fentes inclinées sur la circonférence extérieure du noyau. Cette conception peut empêcher efficacement le blocage magnétique entre le stator et les dents du rotor, assurer le bon fonctionnement du moteur et réduire le bruit. De plus, cette conception augmente la longueur du conducteur du rotor, augmentant ainsi la résistance du rotor.
Contrairement aux enroulements de rotor traditionnels, le rotor à cage d'écureuil est constitué de barres de rotor en aluminium, en laiton ou en cuivre. Les deux extrémités des barres de rotor sont court-circuitées en permanence par des anneaux d'extrémité pour former une boucle fermée complète et fournir le support mécanique nécessaire. Étant donné que les barres de rotor sont court-circuitées, il est impossible d'ajouter une résistance externe au circuit du rotor.
Étant donné que les bagues collectrices et les balais ne sont pas utilisés, le moteur à induction à cage d'écureuil a une structure plus simple et plus solide, ce qui le rend largement utilisé dans l'industrie.

2.Moteurs à induction à bagues collectricesLes moteurs à rotor bobiné, également connus sous le nom de moteurs à rotor bobiné, ont une conception de rotor unique. Le rotor est constitué d'un noyau laminé cylindrique avec des fentes autour de la périphérie du noyau, dans lesquelles sont placés les enroulements du rotor.
Dans ce type de rotor, le nombre de pôles des enroulements correspond au nombre de pôles des enroulements du stator et peut être connecté en étoile ou en triangle. Les extrémités des enroulements du rotor sont connectées au circuit externe via des bagues collectrices, d'où le nom du moteur à induction à bagues collectrices.
Cette conception permet de connecter une résistance externe au circuit du rotor via des bagues collectrices et des balais, ce qui permet un contrôle précis de la vitesse du moteur et un couple de démarrage accru pour les moteurs à induction triphasés. Cette flexibilité rend les moteurs à induction à bagues collectrices particulièrement utiles dans les applications où un réglage des performances de démarrage et des caractéristiques de fonctionnement est nécessaire.

Schéma électrique d'un moteur à induction triphasé à bagues avec résistance externe.

Principe de fonctionnement du moteur à induction triphasé

Lorsque l'alimentation triphasée est connectée à l'enroulement du stator, celui-ci génère un champ magnétique rotatif (RMF), dont la vitesse est appelée vitesse synchrone (Ns). Les enroulements du stator se chevauchent généralement à 120 degrés (angle électrique) pour assurer la génération d'un champ magnétique rotatif.
Selon la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, en raison du taux de variation du champ magnétique rotatif (dΦ/dt), une force électromotrice est induite dans le circuit du rotor. Cette force électromotrice génère du courant dans l'enroulement du rotor. Comme le circuit du rotor est un circuit fermé, cette force électromotrice induite provoque la circulation du courant dans le circuit du rotor.
Comme le conducteur parcouru par le courant génère un champ magnétique, le courant dans le rotor génère un nouveau champ magnétique. Il existe un mouvement relatif entre le champ magnétique du stator et celui du rotor, de sorte que le rotor commence à tourner pour réduire ce mouvement relatif. En d'autres termes, le rotor essaie de « capter » le champ magnétique rotatif du stator et commence ainsi à tourner.
Le sens de rotation est déterminé par la loi de Lenz et la direction du rotor du moteur est cohérente avec la direction du champ magnétique rotatif généré par le stator. Étant donné que le courant dans le rotor est généré par induction, ce moteur est appelé moteur à induction.
Cependant, la vitesse réelle du rotor est toujours légèrement inférieure à la vitesse de synchronisme. Bien que le rotor essaie de suivre le champ magnétique rotatif du stator, il ne peut pas le « rattraper » complètement, de sorte que sa vitesse est toujours inférieure à la vitesse de synchronisme. La vitesse de synchronisme dépend de la fréquence de l'alimentation électrique et du nombre de pôles du moteur. La différence entre la vitesse et la vitesse de synchronisme est appelée glissement.

 

Avantages des moteurs à induction 3-Φ

Structure simple et solide : le moteur a une conception simple, une structure solide et une forte durabilité.
Principe de fonctionnement simple : Le principe de fonctionnement du moteur est facile à comprendre et à utiliser.
Largement adaptable à divers environnements : il peut fonctionner de manière stable dans diverses conditions environnementales.
Haute efficacité : le moteur a une haute efficacité et peut convertir efficacement l'énergie électrique en énergie mécanique.
Faible entretien : Comparés aux autres types de moteurs, les moteurs à induction nécessitent moins d’entretien.
Conception à excitation unique : En tant que moteur à excitation unique, le moteur à induction n'a besoin que d'une seule alimentation électrique et ne nécessite pas d'alimentation CC externe pour l'excitation comme un moteur synchrone.
Fonction de démarrage automatique : le moteur dispose d'une fonction de démarrage automatique et peut démarrer et fonctionner normalement sans équipement auxiliaire de démarrage supplémentaire.
Faible coût : Les coûts de fabrication et d’achat du moteur sont relativement faibles.
Longue durée de vie : le moteur a une longue durée de vie et une forte durabilité.
Petite réaction d'armature : La réaction d'armature du moteur est faible, ce qui contribue à un fonctionnement stable.

 

Applications des moteurs à induction triphasés

Les moteurs à induction sont principalement utilisés dans les applications industrielles, en particulier celles qui ne nécessitent pas de contrôle de la vitesse du moteur.

Applications des moteurs à induction à cage d'écureuil
Les moteurs à induction à cage d'écureuil conviennent à diverses applications qui ne nécessitent pas de contrôle de vitesse complexe, notamment :
Pompes et submersibles : pour le refoulement et l'extraction de liquides.
Machines à presser : pour presser et façonner des matériaux.
Tours : pour la découpe et le traitement des métaux ou d'autres matériaux.
Rectifieuses : pour le meulage et la finition des pièces.
Bandes transporteuses : pour la transmission et la manutention de matériaux.
Moulins à farine : pour moudre et traiter la farine.
Compresseurs : pour la compression et la distribution de gaz.
Autres machines de faible puissance : pour diverses machines et équipements de faible puissance.

Applications des moteurs à bagues collectrices
Les moteurs à bagues collectrices sont principalement utilisés dans les applications lourdes qui nécessitent un couple de démarrage élevé, notamment :
Aciéries : pour le traitement et la production de l'acier.
Grue : pour soulever et déplacer des objets lourds.
Matériel de levage : pour le levage et le transport de matériaux.
Broches : pour machines équipées d'entraînements de broche à couple élevé.
Autres machines lourdes : pour les ateliers d'usinage lourds et autres applications nécessitant un couple de démarrage élevé.

Paramètres du moteur à induction triphasé à économie d'énergie

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